11 第十章 电解与极化作用.ppt

第1页：第十章电解与极化作

第十章电解与极化作

第2页：活性物质的分解与分解电压

活性物质的分解与分解电压

第3页：电解池与原电池

电解池与原电池:原电池:将化学能转变为电能的装置电解池:将电能转变为化学能的装置在一定条件下二者可以相互转化

如将要接触到的二次电池

本章主要讨论电解池10-1电解池分解电压(decompostion voltage of electrochemical cells)第十章电解与极化作用

第4页：理论分解电压

理论分解电压使某电解质溶液能连续不断发生电解时所必须外加的最小电压.理论分解电压在数值上等于该电解池作为可逆电池时的可逆电动势. 分解电压的测定使用Pt电极电解H2O,加入中性盐用来导电,实验装置如图所示

逐渐增加外加电压,由安培计G和伏特计V分别测定线路中的电流强度I 和电压E,画出I-E曲线

第5页：分解电压的实验测定外加电压很

分解电压的实验测定外加电压很

分解电压的实验测定外加电压很小时,几乎无电流通过,阴、阳极上无H2气和氧气放出

随着E的增大,电极表面产生少量氢气和氧气,但压力低于大气压,无法逸出

第6页：第十章电解与极化作

第十章电解与极化作

第7页：实际分解电压要

这三者的加和就

实际分解电压

所以分解电压的数值会随着通入电流强度的增加而增加

第8页：第十章电解与极化作

第十章电解与极化作

第9页：极化作

过时,这时的电极电势分别

阳极平衡电势和阴极平衡电势.在有电流通过时,随着电极上电流密度的增加,电极实际分解电势值对平衡值的偏离也愈来愈大,这种对平衡电势的偏离现象称为电极的极化

极化作用(Polarization)当电极处于平衡状态

第10页：浓差极化

差别引起的电极电势的改变

浓差极化,用搅拌和升温的方法可以减少浓差极化,但也可以利用滴汞电极上的浓差极化进行极谱分析

极化产生的原因根据极化产生的不同原因

第11页：电化学极化

顺利进行所额外施加的电压

电化学超电势(亦称为活化超电势),这种极化现象称为电化学极化

(2)电化学极化:电极反应总是分若干步进行

第12页：超电势

极超电势和阳极超电势分别

:第十章电解与极化作用

超电势(over potential)在某一电流密度下

第13页：电解池中两电极的极化曲线随着

与电流密度之间的关系曲线

极化曲线,极化曲线的形状和变化规律反映了电化学过程的动力学特征

第14页：原电池中两电极的极化曲线原电

(2)原电池中两电极的极化曲线原电池中,负极是阳极,正极是阴极

随着电流密度的增加,阳极析出电势变大,阴极析出电势变小

由于极化,使原电池的作功能力下降

第15页：第十章电解与极化作

第十章电解与极化作

第16页：氢气在几种电极上的超电势

氢气在几种电极上的超电势金属在电极上析出时超电势很小,通常可忽略不计

而气体,特别是氢气和氧气,超电势值较大

氢气在几种电极上的超电势如图所示

第17页：第十章电解与极化作

第十章电解与极化作

第18页：极化作：的定量关系

系:=a+blnj这就

Tafel 公式

第19页：金属离子

• 金属离子,
• 氢离子

阴极上的反应电解时阴极上发生还原反应

第20页：阴离子

• 阴离子,
• 阳极本身发生氧化

电解时电极上的反应阳极上的反应电解时阳极上发生氧化反应

第21页：考虑它的超电势

电极电势最小的首先在阳极氧化

分解电压确定了阳极、阴极析出的物质后,将两者的析出电势相减,就得到了实际分解电压

因为电解池中阳极是正极,电极电势较高,所以用阳极析出电势减去阴极析出电势

第22页：金属离子的分离

金属离子的分离如果溶液中含有多个析出电势不同的金属离子,可以控制外加电压的大小,使金属离子分步析出而达到分离的目的

为了使分离效果较好,后一种离子反应时,前一种离子的活度应减少到以下,这样要求两种离子的析出电势相差一定的数值

电解的应用阴极产品:电镀、金属提纯、保护、产品的美化(包括金属、塑料)和制备及有机物的还原产物等

第23页：化学腐蚀金属表面与介质如气体

化学腐蚀金属表面与介质如气体

金属的电化学腐蚀和防腐Corrosion and anti-corrosion of metals金属腐蚀分类:(1)化学腐蚀金属表面与介质如气体或非电解质液体等因发生化学作用而引起的腐蚀,称为化学腐蚀

化学腐蚀作用进行时无电流产生

第24页：电化学腐蚀实例带有铁铆钉的铜

电化学腐蚀实例带有铁铆钉的铜板若暴露在空气中,表面被潮湿空气或雨水浸润,空气中的和海边空气中的NaCl溶解其中,形成电解质溶液,这样组成了原电池,铜作阴极,铁作阳极,所以铁很快腐蚀形成铁锈

结论:只要有金属的地方腐蚀现象无处不在第十章电解与极化作用

第25页：腐蚀机制

腐蚀机制:铁在酸性介质中只能氧化成二价铁:二价铁被空气中的氧气氧化成三价铁,三价铁在水溶液中生成氢氧化铁沉淀,又可能部分失水生成

第十章电解与极化作用

第26页：微电池电动势

• 微电池电动势
• 电极过电位
• 析氢腐蚀;

决定腐蚀速度的因素(1)微电池电动势(2)电极过电位(3)电解液组成腐蚀时阴极上的反应(1)析氢腐蚀;(2)耗氧腐蚀第十章电解与极化作用

第27页：非金属防腐

金属的防腐(1)非金属防腐在金属表面涂上油漆、搪瓷、塑料、沥青等将金属与腐蚀介质隔开

(2)金属保护层在需保护的金属表面用电镀或化学镀的方法镀上Au,Ag,Ni,Cr,Zn,Sn等金属,保护内层不被腐蚀

这些简单防护方法称物理防护.第十章电解与极化作用

第28页：电化学保护

(3)电化学保护a.保护器保护将被保护的金属如铁作阴极,较活泼的金属如Zn作牺牲性阳极

阳极腐蚀后定期更换

b.阴极保护外加电源组成一个电解池,将被保护金属作阴极,废金属作阳极

第29页：加缓蚀剂

(4)加缓蚀剂在可能组成原电池的体系中加缓蚀剂,改变介质的性质,降低腐蚀速度

(5)制成耐蚀合金在炼制金属时加入其它组分,提高耐蚀能力

如在炼钢时加入Mn,Cr等元素制成不锈钢

第30页：燃料电池又

电源分类(1)燃料电池又

连续电池,一般以天然燃料或其它可燃物质如氢气、甲醇、天然气、煤气等作为负极的反应物质,以氧气作为正极反应物质组成燃料电池

第31页：分类介绍燃料电池

分类介绍燃料电池:氢氧燃料电池为例,探讨工作机制和优缺点二次电池:铅酸电池、锂离子电池为例,探讨工作机制和优缺点一次电池:锌-锰干电池为例,探讨工作机制和优缺点第十章电解与极化作用

第32页：本章结束

本章结束

本章结束The End